JP2005327886A - 太陽光発電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】
機械的特性に優れ、特に屋外設置に有利なガラス製保護材を用いた太陽電池を提供することを目的とする。
【解決手段】
屋外設置、特に砂埃の多い屋外で使用される可能性のある太陽電池モジュールであって、該太陽電池モジュールが、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｙｂ，
Ｌｕより選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有し、可視光の透過率が９０％以上である、ＳｉＯ_２を主成分とするガラス製保護材を用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は主に太陽電池モジュールに関するものである。

太陽光発電モジュールは、太陽光を電気に変換する光電変換素子を用いた発電システムであり，火力発電や原子力発電などのように燃料の補給を必要とせず、かつ、エネルギーの生成に際して、廃棄物を出さないという長所を有している。この太陽光発電モジュールの実用に際しては、光電変換素子の保護する目的で，表面に保護材が形成されている。

前記保護材には、透明でかつ実用に耐えうる強度が要求されており、現在強化ガラスが用いられている。現行の代表的な強化ガラスとしては、特開平７−２２３８４５号に記載の化学強化ガラスが挙げられる。化学強化ガラスは、表面のアルカリ元素をイオン半径が大きなアルカリ元素で置換えすることにより表面に圧縮強化層を形成して機械的強度を向上させたものである。

特開平７−２２３８４５号公報

前記強化ガラスでは、一箇所でも表面の圧縮強化層の厚さより深いキズが入るとガラス全体が粉々に破損してしまうという欠点がある。このため、砂混じりの風が吹き付けるような環境下では、ガラス表面が徐々に削られモジュールの破壊に至るため、耐久性の面で充分ではない。

また，太陽光発電モジュールの軽量化は運搬・設置コストの低減や適用分野の拡大をもたらすが、現行モジュールの重量の大半を占める保護ガラス材は、その強化機構のため薄板軽量化には適さない。

本発明では、このような課題に対して、前記保護材を耐久性向上，薄型化，軽量化した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段は、少なくとも、光電変換材料が透明カバーガラスと基板との間に挟まれた構造の片面受光型、または２枚の透明カバーガラスの間に挟まれた構造の両面受光型の太陽光発電モジュールにおいて、該カバーガラスがＳｉＯ₂ を主成分とし、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕより選ばれた少なくとも一種を１〜２０重量％含有することを特徴とする太陽光発電モジュールである。

上記太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの組成が以下の酸化物換算で（数字は重量％）、ＳｉＯ₂ ：４０〜８０，Ｂ₂Ｏ₃：０〜２０，Ａｌ₂Ｏ₃：０〜２５，Ｒ₂Ｏ （Ｒはアルカリ金属）：０〜２０，Ｒ′Ｏ（Ｒ′はアルカリ土類金属）：０〜２０，Ｒ₂Ｏ＋Ｒ′Ｏ：５〜２０，Ｌｎ₂Ｏ₃（Ｌｎは、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕより選ばれた少なくとも一種）：１.５〜１０である。

特に、上記太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの組成が以下の酸化物換算で(数字は重量％) 、ＳｉＯ₂：５５〜８０，Ｂ₂Ｏ₃：０〜１５，Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜２０，Ｒ₂Ｏ（ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋより選ばれた少なくとも一種）：５〜１８，Ｌｎ₂Ｏ₃（ＬｎはＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂより選ばれた少なくとも一種）：１.５〜７ であると望ましい。

上記太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの密度が２.５５／cm³以下である。

また、上記課題を解決する手段として、前記透明カバーガラスの厚さが３mm以下であることを特徴とする太陽光発電モジュールも挙げられる。

さらに、上記課題を解決する手段として、前記透明カバーガラスが樹脂を介して２層以上に積層されており、その合計厚さが４mm以下であることを特徴とする太陽光発電モジュールも挙げられる。

さらに、上記課題を解決する手段として、前記樹脂中に金属，セラミックス，カーボンファイバー、グラスファイバー等のワイアを有することを特徴とする太陽光発電モジュールも挙げられる。

また、上記課題を解決する手段として、前記透明カバーガラス中に金属，セラミックス等のワイアを有することを特徴とする太陽光発電モジュールも挙げられる。

また、上記課題を解決する手段として、前記透明カバーガラス表面に光触媒層を形成したことを特徴とする太陽光発電モジュールも挙げられる。

本発明によれば、機械的特性に優れ、薄型化・軽量化が可能で、砂埃の多い屋外設置に適したガラス製保護材を用いた太陽電池を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。

図１に本発明を適用した片面受光型太陽電池モジュールの断面図を示す。片面受光セル１が封止材２に埋め込まれており、片面受光セル１の受光面側には透明カバーガラス３が、その反対側にはバックシート４が配置されている。

図２に本発明を適用した両面受光型太陽電池モジュールの断面図を示す。両面受光セル５が封止材２に埋め込まれており、両面受光セル５の両面には透明カバーガラス３が配置されている。

図３に請求項６の太陽電池モジュールの断面図を示す。受光セル６が封止材２に埋め込まれており、受光セル６の受光面側に透明カバーガラス積層体７が配置されている。透明カバーガラス積層体７は、透明カバーガラス３を樹脂８を介して積層している。

図４に請求項７の太陽電池モジュールの断面図を示す。受光セル６が封止材２に埋め込まれており、受光セル６の受光面側に透明カバーガラス積層体７が配置されている。透明カバーガラス積層体７の一部を構成する樹脂８の内部にワイア９が配置されている。

図５に請求項８の太陽電池モジュールの断面図を示す。受光セル６が封止材２に埋め込まれており、受光セル６の受光面側に透明カバーガラス３が配置されている。透明カバーガラス３の内部にワイア９が配置されている。

図６に請求項９の太陽電池モジュールの断面図を示す。受光セル６が封止材２に埋め込まれており、受光セル６の受光面側に透明カバーガラス３が配置されている。透明カバーガラス３の表面に光触媒層１０が配置されている。

本発明で検討した透明カバーガラス用ガラス材は以下のようにして作製した。実際に使用される保護材用透明カバーガラスは１ｍ角程度の大きさが予想されるが、ここでは評価用に以下に記す通り小型のガラス試料を作製した。定められた割合の原料粉末約１００ｇを白金製のるつぼに秤量して入れ、混合した後、電気炉中で１６００℃で溶解した。原料が十分に溶解した後、白金製の撹拌羽をガラス融液に挿入し、約４０分撹拌した。その後撹拌羽を取り出し、２０分静置した後、約４００℃に加熱された黒鉛製の治具にガラス融液を流し込んで急冷することによりガラスブロックを得た。その後各ガラスのガラス転移温度付近までブロックを再加熱し、１〜２℃／分の冷却速度で徐冷することにより歪取りを行った。

マイクロビッカース硬さ（Ｈｖ）は、測定荷重５００ｇ，荷重印加時間１５秒の条件で１０ヶ所測定し、その平均値とした。なお測定は荷重印加後２０分経過してから行った。試験片の形は４mm×４mm×１５mmとした。透過率は分光光度計を用いて波長４００〜1200ｎｍでガラスに対して垂直に入射した光の透過前後の強度比から測定した。試料の形状は１５mm×２５mm×１mmとした。

表１に本発明で検討したガラス材の組成とマイクロビッカース硬度（Ｈｖ）を示す。

Ｎo.１のガラスは、ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｂ₂Ｏ₃を主成分とするアルミノホウケイ酸ガラスである。このガラスを基本組成とし、この１００重量部に対して希土類酸化物を添加した。表１中、Ｎo.２〜７は、Ｎo.１のガラスに希土類酸化物の一つである酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）を重量比で０.５ 〜１８添加したガラスである。Ｎo.８，９は、Ｎo.１のガラス１００重量部に対してＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂Ｏ₃及びＢ₂Ｏ₃の添加量を変化させて作製したガラスである。Ｎo.１０，１１のガラスは、Ｎo.８，９のガラスにＧｄ₂Ｏ₃を重量比で５.３ 添加したガラスである。

Ｎo.１２はＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とするアルミノシリケートガラスである。Ｎo.１３〜１５はＮo.１２のガラスにＧｄ₂Ｏ₃を重量比で３.１ 〜１２添加したガラスである。

Ｎo.１６はＳｉＯ₂，Ｎａ₂Ｏ及びＣａＯを主成分とするソーダライムガラスである。
Ｎo.１７〜２０はＮo.１６のガラスにＧｄ₂Ｏ₃を重量比で３.１ 〜１８添加したガラスである。

Ｎo.２１〜２３は各々Ｎo.１，１２，１６のガラスに結晶化成分としてＴｉＯ₂,ＺｎＯを含有させ、９００〜１１００℃で熱処理してガラス内に結晶粒子を析出させたガラスである。結晶化に伴いガラスのマイクロビッカース硬度は向上したが、全てのガラスが半透明化して、透過率は７０％以下の値を示した。

表２には比較例として、Ｎo.１のガラスをアルカリ置換えにより化学強化したガラス
（Ｎo.２４）の特性を示す。

化学強化は、約１.０mm の平板に加工したガラスを３８０℃の硝酸カリウム溶液中に
４０分浸漬して行った。化学強化層の厚みは、約１００μｍであった。表２に示すように、化学強化により強化前のガラスに比べて、Ｈｖが約７〜９％上昇していることが分かった。

この化学強化ガラスのＨｖの結果をもとに、表１に示したガラスの強度を評価する。
Ｎo.２〜Ｎo.７のガラスにおいて、Ｇｄ₂Ｏ₃の添加量が重量比で０.５ のＮo.２では、マイクロビッカース硬度はＮo.１のガラスに比べて上昇はしていたが、その上昇量が小さく、化学強化ガラスの硬度に達しなかった。Ｇｄ₂Ｏ₃の添加量が重量比で３.１ のＮo.４では、化学強化ガラスのＨｖを超えることが分かった。さらにＧｄ₂Ｏ₃の添加量を増加させたＮo.５〜７のガラスでは、Ｈｖはさらに上昇した。以上のように、Ｇｄ₂Ｏ₃を添加した場合、大きくＨｖを上昇させることができた。

またＮo.８〜１１に示すように、他の機械的強度を向上させると考えられるＳｉＯ₂ やＡｌ₂Ｏ₃といった成分とＨｖの上昇量を比較すると、Ｇｄ₂Ｏ₃を添加した方が効果的であった。なお、ガラスの基本組成が異なるＮo.１２〜Ｎo.１５のガラスおよびＮo.１６〜
Ｎo.２０のガラスにおいても同様にＧｄ₂Ｏ₃を添加により機械的特性が向上した。

次に、Ｎo.１のガラス，Ｎo.４のガラス及び比較のためＮo.２４の化学強化ガラスの三点曲げ強度試験を行った。表３に三点曲げ強度の平均値（σ／ＭＰａ）を示す。

評価は、ガラス厚さ１.０mm，幅４mm，長さ４０mmの試験片を用いて行った。下部スパンは２５mmとした。試験片数（ｎ）は各試料とも２０とした。加えた荷重をｗとすると、三点曲げ強度σ（ＭＰａ）は
σ＝（３ｌｗ／２ａｔ²）
となる。ここで、ｌ；下部スパン，ａ；試験片の幅，ｔ；試験片の厚さである。

Ｎo.１のガラスの平均の三点曲げ強度は３３１ＭＰａであった。Ｎo.４のガラスでは、平均の三点曲げ強度は３９８と、約２０％強度が向上しており、化学強化ガラスと同等の強度を有していた。

可視光の透過率と太陽電池の発電効率を比較したところ、透過率９０％未満ではカバーガラス無しに比べ発電効率が１０％以上低下したため、可視光の透過率は９０％以上であることが好ましい。Ｎo.２〜Ｎo.７のガラスの透過率は表４に示すようにいずれも９０％以上の値を示した。

次に、Ｎo.１のガラス１００重量部に対して希土類元素酸化物３重量部を添加し、ガラスを作成した。表５に添加した希土類元素の種類及び得られたガラスのマイクロビッカース硬度（Ｈｖ），透過率を示す（Ｎo.３０〜４２）。

マイクロビッカース硬度を見ると、いずれの希土類元素を添加した場合でも上昇していた。特に、いわゆる重希土類元素を添加した場合の方が上昇の程度が大きかった。それらの硬度の値５８０以上で、化学強化ガラスのＨｖよりも大きかった。透過率はＮo.３０，３１，３５，３６，３７，４０，４１，４２のガラスでは９０％以上の値を示していた。以上の検討より、添加する希土類元素の種類としては、Ｙ, Ｌａ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，
Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕが好ましい。

更に好ましくはＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂが望ましい。

希土類酸化物の含有量は、２０重量％を超えると曲げ強度の低下傾向が始まり好ましくなかった。アルカリ金属酸化物の含有量の合計が少ないほど少量の希土類酸化物の添加で機械的強度の向上の効果が得られた。アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物の合計量が１０重量％のとき、希土類酸化物の添加量が１重量％でも機械的強度の向上が見られた。しかし、１重量％未満では機械的強度向上の効果が小さかった。従って、希土類酸化物の含有量は１〜２０重量％であることが好ましい。更に好ましくは１.５ 〜７重量％であることが望ましい。

次に、母ガラスの組成の検討を行った。ＳｉＯ₂ の含有量が４０重量％未満では、機械的強度，化学的安定性が損なわれるため、好ましくなかった。また、ＳｉＯ₂ 含有量が
８０重量％を超えると、溶融性が低下し脈理が多く発生した。以上から、ＳｉＯ₂ の含有量は４０重量％〜８０重量％であることが好ましい。更に好ましくは５５〜８０重量％であることが望ましい。

本母ガラスにＢ₂Ｏ₃を含有させたところ、流動性に優れたガラスが得られた。しかしその含有量が２０重量％を超えると、希土類含有による機械的強度向上の効果が小さくなった。このため、Ｂ₂Ｏ₃の含有量は２０重量％以下であることが好ましい。更に好ましくは１５重量％以下であることが望ましい。

次にアルカリ金属酸化物の検討を行った。アルカリ金属酸化物（Ｌｉ₂Ｏ，Ｎａ₂Ｏ，
Ｋ₂Ｏ ）の含有量の合計が２０重量％を超えると、化学的安定性が低下した。このことから、アルカリ金属酸化物の含有量の合計は、０〜２０重量％であることが好ましい。更に好ましくは５〜１８重量％であることが望ましい。

化学的安定性が低下した。このことから、アルカリ土類金属酸化物の含有量の合計は、０〜２０重量％であることが好ましい。

アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物は、ガラスを低融点化させる意味では同様の効果が見られたが、その合計量が５重量％未満では流動性が悪く、脈理が多く発生した。また２０重量％を超えると、化学的安定性が低下した。このことから、アルカリ金属酸化物，アルカリ土類金属酸化物の含有量の合計は、５〜２０重量％であることが好ましい。

Ａｌ₂Ｏ₃はガラスの機械的強度や化学的安定性を増加させるのに効果的であったが、その含有量が２５重量％を超えると、ガラスの流動性が低下し、好ましくなかった。従って、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量は、２５重量％以下であることが好ましい。更に好ましくは１０〜
２０重量％であることが望ましい。

また、上記の酸化物のほかに、ＺｎＯ，ＺｒＯ₂ なども添加することができる。

ＺｎＯを添加すると、ガラスの溶解を促進するとともに、ガラスの耐久性を向上させる効果がある。特に０.５％ 以上含有させるとその効果がより顕著になって好ましい。しかし１０％を超えるとガラスの失透性が増し、均質性の高いガラスが得られなくなる。

ＺｒＯ₂ を添加すると、ガラスの耐久性を向上させる効果がある。特に０.５ 〜４％の範囲で含有させるとその効果がより顕著になって好ましい。しかし５％を超えて含有させるとガラス溶融が困難になるとともに、ガラスの失透性が増大する。

本発明のガラスの光透過率は９０％以上であることが好ましい。太陽電池保護材用として使用するためには、光透過率が９０％以上であるように組成を制御する必要がある。
９０％未満の場合には、入射光が保護材を透過する際の損失が大きく、光から電力へのエネルギー変換効率が１０％以上低下する。

また本発明のガラスは、加工による微小傷を取り除くために、その外周の端面や面取り面が、弗酸，弗硝酸，弗硫酸，バッファード弗酸等でエッチング処理されていることが好ましい。この処理がなされると、化学強化しなくても、化学強化ガラス基板と同等以上の曲げ強度を得ることができる。特にガラス成分として希土類酸化物を含有したガラスに対してエッチングを行うと、非常に高い強度を得ることができる。

本発明のガラス材は、希土類元素を添加したことにより、十分な強度を得ている。従って、従来のガラス材で必要であった化学強化が不要とできる。すなわち、ガラス表面に残留応力を生じさせた圧縮強化層がないことを特徴としている。表面の圧縮強化層の有無は、例えばレーザ光線を表面から照射し、反射光をプリズムを用いて分光する方法により測定できる。本発明のガラス材を上記方法で測定すると、ガラス材内部と表面での残留応力差がほとんどない、すなわち表面応力層がないことが確認された。

従来のガラス材では、表面は圧縮相で内部はそれとバランスを取るため引張り相という構造が内部に存在する。所定の強度を有するために所定の厚さの表面強化相が必要となり，これとバランスを取るために全体として所定の厚さ以下には出来にくい。太陽光発電モジュールの場合、従来の化学強化ガラスは厚さ３.２mm以上である。

これに対し、本発明のガラス材は表面応力層を存在させる必要が無いため、化学強化ガラスの場合のような厚さの制約がなく、より薄い、厚さ３mm以下のガラスを作製することが可能である。

縦，横の寸法および密度が同じガラス材を用いた場合、ガラスの重量はガラスの厚さのみに依存する。実施例Ｎo.４のガラスの密度は２.４２ｇ／cm³、比較例Ｎo.２８の化学強化ガラスの密度は２.５６ｇ／cm³であるため、従来品と比較して、低密度とガラス厚さの低減により、透明カバーガラスさらにそれを用いる太陽電池モジュールの軽量化が期待できる。

従来の化学強化ガラスを使用した太陽電池モジュールを、中古住宅の屋根に設置しようとする。

アルカリ土類金属酸化物についても同様に、２０重量％を超えると、太陽電池モジュールの重量を支えるために、柱の補強工事が必要であった。本発明の太陽電池モジュールでは、より薄いカバーガラスを使用することでモジュールを軽量化でき、中古住宅の屋根に設置する場合に補強工事の軽減・不要化が可能である。ビルディング屋上・壁面，高速道路防音壁壁面，鉄道線路防音壁壁面，空港防音壁壁面への適用も可能である。

また、太陽電池モジュールの軽量化によって、運搬・設置の手間・コストの軽減が期待できる。さらには、持ち運び型，災害などの非常時電源用などへの適用が可能である。

次に実施例のＮo.４のガラスを用いて試験材を作成し、落雹を想定した衝撃試験を行った。比較例としてＮo.２８の化学強化ガラスを評価した。実施例のガラスの寸法はφ６９×厚さ０.８mm、比較例の化学強化ガラスは１００×１００×３.２mmであった。断面積Ａ［mm² ］の試料に質量ｍ［ｇ］の鋼球を、初速０で、試料からｈ［mm］の高さから自由落下させたときの衝撃値を（ｍ×ｈ÷Ａ）［ｇｆ／mm］とする。

まず、ＪＩＳ Ｃ８９１７降雹試験Ａ−８の簡易試験方法に則って、比較例の化学強化ガラスについて、規定の質量範囲にある鋼球(質量：２２５.６ｇ) を規定の高さ１ｍから初速０で試料の中心点から２５mm以内の地点に落下させたところ、試料は破損した。そこで、高さを７０cmに減らし、同様の試験を行ったところ、試料は破損しなかった。このときの衝撃値は、試料断面積を３２０mm²(＝３.２mm×１００mm) とすると衝撃値４９３.５ｇｆ／mmとなる。このことから比較例の化学強化ガラスでは衝撃値４９３.５ｇｆ／mm までの衝撃には耐えられることが分かった。

次に、実施例のガラスについて同様の試験を行った。但し、試料の大きさの関係上、
ＪＩＳ Ｃ８９１７降雹試験Ａ−８の簡易試験方法に規定の鋼球では質量が大きすぎるため、比較例の化学強化ガラスとほぼ同じ衝撃値で比較できるよう、質量３２.６ｇ の鋼球を用意した。この鋼球を規定高さ１ｍから比較例と同様に試料に落下させたところ、試料は破損しなかった。このときの衝撃値は、試料断面積を５５.２mm²(＝０.８mm×６９mm) とすると５９１ｇｆ／mmとなり、比較例の化学強化ガラスよりも大きな衝撃に耐えられることが分かった。

さらに、実施例のガラスを２枚、間に合成樹脂ＥＶＡを挟んで圧着し、厚さ２.６mm の積層体として同様の試験を行った。この場合は、質量５６.４ｇ の鋼球を１ｍ高さから比較例と同様に試料に落下させても、試料は破損しなかった。さらに鋼球の質量を増し、
７１.７ｇ の鋼球を１ｍ高さから比較例と同様に試料に落下させたところ、試料にはひび割れを生じたが、２枚のガラス間に合成樹脂による接着層が存在するため、ガラス破片が飛散することは無かった。

本発明のガラス材は強化機構の関係上、ガラス一枚当たりの厚さの薄いものを作製可能なので、特に強度の必要な用途向けには、２枚以上のガラス、樹脂を介して積層することでさらに強度を高めることが可能である。但し、積層枚数に比例してカバーガラスの合計重量が増加するため、重量が過大にならぬよう、積層カバーガラスの合計厚さは４mm以下であることが望ましい。

また、この積層型の透明カバーガラスの場合、ガラス積層の際に、樹脂層内に金属，セラミックス，カーボンファイバー，グラスファイバー等のワイアを配置して、さらに強度を高めることが可能である。

さらに、前記透明カバーガラス内にワイアを配置する方法として、ガラス内部に金属，セラミックス等のワイアを配置することもできる。この場合はガラス原料が高温で溶融状態にあるときに、耐熱性の金属，セラミックス等のワイアを挿入し冷却・固化することでワイア入りのガラス板とすることができる。

前記透明カバーガラス内にワイアを配置することで、重量物の衝突によるガラス破片の落下・飛散の防止が期待でき、高速道路の側壁に太陽電池モジュールを設置する場合に好適である。

次に、実施例のＮo.４のガラスと、比較例としてＮo.２８の化学強化ガラスについて、砂漠地帯設置を想定したサンドブラスト試験を行った。実施例のガラスの寸法はφ６９×厚さ０.８mm、比較例の化学強化ガラスは１００×１００×３.２mmであった。

サンドとしてＳｉＣφ８０μｍ粒を使用、噴出圧力１kg／cm²(９.８×１０⁴Ｐａ) 、噴出口径φ１０mmの同条件で、両試料にサンドブラストを行い比較した。

比較例の化学強化ガラスでは、削れ深さが１mm（全厚さの約３分の１）に達したところで、試料全体が破損した。これに対し、実施例のガラス試料では、削れ深さが１mmすなわち試料厚さに達し、試料に貫通穴が形成されたが、試料全体が破損することは無かった。

本発明のガラスの表面部には圧縮強化層が存在せず、ガラス内部の応力分布が実質的に均一であることを特徴とする。この結果、本発明のガラスの表面に、化学強化ガラスの圧縮強化層深さと同程度の深さのキズが入ったとしても、化学強化ガラスのように全体が粉々に破損することはなく、砂混じりの風が吹き付けるような環境下での使用に適している。

次に実施例のＮo.１，４，５，７のガラスと、比較例としてＮo.２８の化学強化ガラスの耐水性，耐熱性，表面粗さを評価した。作製したガラス試料は、７５mm×２５mm×1.0
mmとした。得られた試料の耐水性，耐熱性，表面粗さを表６に示す。

耐水性は、７０℃の純水８０ｍｌに基板を２０時間浸漬し、純粋中に溶出した全アルカリ，アルカリ土類元素量を検出し、トータルの溶出量をppm で表示した。耐熱性は、試料を真空中３５０℃に加熱し、その後、表面部を二次イオン質量分析した。表面層にアルカリイオンの拡散が見られたものは△、見られなかったものは○で表示した。

耐水性をみると、Ｎo.４，５，７はＮo.２４の化学強化ガラスに比べて溶出アルカリ量が少なく、良好であった。同様に耐熱性試験においても、Ｎo.２４の化学強化ガラス試料では表面層に多くのアルカリ元素が検出され、イオンの移動が起こっていることがわかった。以上のように、化学強化したガラス材ではアルカリ元素の移動が生じやすく、不安定であったのに対し、本発明のガラス基板では、熱的，化学的な安定性が良好であった。

次に表面粗さを見ると、Ｎo.４，５，７のガラス試料では、Ｒａ＝０.１〜０.３ｎｍと、良好な平滑性が得られた。また、耐水性試験後の表面粗さもＲａ＝０.２〜０.４ｎｍと高い平滑性を示した。一方、Ｎo.２４のガラスでは、Ｒａ＝０.９ｎｍ ，耐水試験後ではＲａ＝１.５ と大きな値となった。

次に、太陽電池モジュールの長期耐候性を模擬する目的で、高温・耐湿試験を行った。実施例Ｎo.４のガラス材と、比較例としてＮo.２８の化学強化ガラス材を、同じ８５℃・湿度８５％の環境下に置き、変化を観察した。比較例の化学強化ガラスは試験開始後500時間の時点で表面の白化が観察されたが、実施例Ｎo.４のガラス材は特に変化は見られなかった。

表面の白化はガラス内のアルカリ元素が周囲の湿気などによってガラス表面に移動し析出することで発生すると考えられる。太陽電池モジュールのカバーガラスで白化が生じると、太陽電池セルへの到達光量が減少し、発電量の減少につながると考えられる。化学強化ガラスではガラス内のアルカリ元素がガラス表面に移動しやすいことから、この白化が起こりやすいと考えられる。一方、本発明のガラスでは、ガラス内のアルカリ元素がガラス表面に移動しにくいので、この白化が起こりにくく、その分耐候性が高いと期待される。

屋外設置の太陽電池モジュールの場合、長期間の屋外放置によって当然、表面に汚れが付着し、結果として太陽電池セルに到達する光量が減少し、発電量の減少が懸念される。カバーガラスの表面にＴｉＯ₂ 等の光触媒層を形成することで、光のエネルギーによりカバーガラス表面に付着した汚れが分解され、降水時の洗浄効果も相まって、表面の清浄さを維持しやすくなり、結果として発電量の減少を抑制することが可能である。

このとき、従来の化学強化ガラスをカバーガラスとして使用していると、ガラス内部からのアルカリ元素の移動により、光触媒層が剥離しやすい。一方、本発明のカバーガラスではガラス内のアルカリ元素がガラス表面に移動しにくいので、光触媒層が剥離しにくく、長期間の維持管理を容易にすることが可能である。実施例Ｎo.４のガラスの場合、比較例Ｎo.２８の化学強化ガラス材に比べアルカリ溶出量が５分の１程度なので、表面に形成した光触媒層を５倍の期間維持することが可能である。

本発明の片面受光太陽電池モジュールの断面図。 本発明の両面受光太陽電池モジュールの断面図。 請求項６の太陽電池モジュールの断面図。 請求項７の太陽電池モジュールの断面図。 請求項８の太陽電池モジュールの断面図。 請求項９の太陽電池モジュールの断面図。

符号の説明

１…片面受光セル、２…封止材（ＥＶＡ）、３…透明カバーガラス、４…バックシート（合成樹脂）、５…両面受光セル、６…受光セル、７…透明カバーガラス積層体、８…樹脂、９…ワイア、１０…光触媒層。

Claims (11)

1. 少なくとも、光電変換材料と、透明カバーガラスと、基板とからなり、前記光電変換材料が前記透明カバーガラスと前記基板との間に挟まれている太陽光発電モジュールであって、
   該カバーガラスはＳｉＯ₂ を主成分とし、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕより選ばれた少なくとも一種を１〜２０重量％含有することを特徴とする太陽光発電モジュール。
2. 少なくとも光電変換材料と透明カバーガラスとを有し、前記光電変換材料が前記透明カバーガラスの間に挟まれている太陽光発電モジュールであって、
   該カバーガラスはＳｉＯ₂ を主成分とし、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕより選ばれた少なくとも一種を１〜２０重量％含有することを特徴とする太陽光発電モジュール。
3. 請求項１または２に記載の太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの組成が酸化物換算で(数字は重量％)、ＳｉＯ₂ ：４０〜８０，Ｂ₂Ｏ₃：０〜２０，Ａｌ₂Ｏ₃：０〜２５，Ｒ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属）：０〜２０，Ｒ′Ｏ(Ｒ′はアルカリ土類金属)：０〜２０，Ｒ₂Ｏ＋Ｒ′Ｏ：５〜２０，Ｌｎ₂Ｏ₃（Ｌｎは、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｃｅ，
   Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕより選ばれた少なくとも一種）：１.５〜１０であることを特徴とする太陽光発電モジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの組成が酸化物換算で（数字は重量％）、ＳｉＯ₂ ：５５〜８０，Ｂ₂Ｏ₃：０〜１５，Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜２０，Ｒ₂Ｏ （ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋより選ばれた少なくとも一種）：５〜１８，Ｌｎ₂Ｏ₃（ＬｎはＬａ，Ｙ，Ｇｄ，Ｙｂより選ばれた少なくとも一種）：１.５〜７であることを特徴とする太陽光発電モジュール。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの密度が２.５５／cm³以下であることを特徴とする太陽光発電モジュール。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスの厚さが３mm以下であることを特徴とする太陽光発電モジュール。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラスは樹脂を介して２層以上積層されており、積層された透明カバーガラスの合計厚さが４mm以下であることを特徴とする太陽光発電モジュール。
8. 請求項７に記載の太陽光発電モジュールにおいて、前記樹脂中にワイアを有し、前記ワイアは金属，セラミックス，カーボンファイバーまたはグラスファイバーのいずれかよりなることを特徴とする太陽光発電モジュール。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載された太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラス中にワイアを有し、前記ワイアは金属，セラミックス，カーボンファイバーまたはグラスファイバーのいずれかよりなることを特徴とする太陽光発電モジュール。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の太陽光発電モジュールにおいて、前記透明カバーガラス表面に光触媒層を設けたことを特徴とする太陽光発電モジュール。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の太陽光発電モジュールであって、可搬形状を有することを特徴とする太陽光発電モジュール。

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